超精密切削加工による微細構造創成法の研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09650152
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research (RIKEN)
• Principal Investigator: 山形 豊 理化学研究所, 素形材工学研究室, 研究員 (70261203)
• Keywords: マイクロファブリケーション / 超精密切削加工 / マイクロマシン / マイクロオプティクス

Research Abstract

超精密機械加工法による微細構造の加工のために必要な加工実験を行った。
超精密切削加工による微細構造創成を実現するためには、微細切削加工を可能とするマイクロツールの製作が必要である。これら、マイクロツールの材料としては、単結晶ダイヤモンド、タングステンなどの高硬度材料が望ましい。そこで、タングステンをダイヤモンド研削工具によって加工しマイクロツールとして形成可能かどうかを見極めるための基礎実験を行った。その結果、タングステン材料を70μm以下の大きさに加工することが可能であった。また先端付近のRは1μm以下であると推測された。これにより、高硬度材料によりマイクロツールを形成可能であることが示された。
また、微細構造物を超精密切削加工により生成する場合、マクロ的な加工の異なり金属材料の結晶構造、組織構造の影響を大きく受ける。とくに、一般の金属材料では結晶粒の大きさが微細構造物の大きさとほぼ同じになるため、結晶粒界段差などによる影響を大きく受けてしまう。そこで、銅の単結晶材料を使用して微細構造の形成を行い、結晶方位と加工状態の関連および多結晶材料との比較を行った。その結果、特定の結晶方位を除くと微細加工を行った際に単結晶材料の方が良好な形状を得ることができた。
更に、4軸同時制御による加工を行うことで、微細な構造物を高精度にかつ多数形成することが可能であることも実験により示すことができた。
以上の結果より、超精密切削加工による微細構造創成に際して必要とされる基礎的な問題に対する考察を行うことができたと言える。

Research Products

• [Publications] 森田、山形、樋口: "単結晶銅を用いたホログラム光学素子の切削加工条件に関する研究" 1998年度精密工学会春期大会学術講演会講演論文集. 227 (1998)
• [Publications] 森田、山形、樋口: "超精密切削による微細溝加工を利用した微細構造の形成" 1998年度精密工学会春期大会学術講演会講演論文集. 228 (1998)
• [Publications] Morita Shin-ya, Yamagata Yutaka, Higuchi Toshiro: "Fabrication of blazed holographic optical elements on oxigen free copper by ultrahigh precision cutting" OSA Technical Digest Series, Diffractive Optics and Micro-Optics. vol.10. 237-239 (1998)
• [Publications] 山形、森田、守安、大森、牧野内、樋口: "超精密4軸加工機によるマイクロレンズアレイの加工" 1999年精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. G33 (1999)